X線放射診斷和放射治療設備核心真空電子器件市場分析
X線放射診斷和放射治療設備中的真空電子器件，如X射線管、磁控管、速調(diào)管等是射線源的產(chǎn)生裝置，這些真空電子器件既是設備的核心部件，也是設備的高值易損耗材。隨著世界人口老齡化趨勢加劇以及各國對醫(yī)療保健需求的增大，X線放射診斷和放射治療設備的需求量不斷增長。相應地，設備核心真空電子器件的需求量也隨之增加。本文分別對X射線CT球管、直接數(shù)字X線成像系統(tǒng)用X射線管、醫(yī)用直線加速器用磁控管的市場情況進行了分析，并就國內(nèi)真空電子行業(yè)在醫(yī)療器械領(lǐng)域面臨的機遇提出了自己的看法和認識。
1、X線放射診斷設備核心真空電子器件市場分析
1.1、概述
投照到人體上的均勻X射線一部分被人體吸收和散射，另一部分穿過人體沿原方向傳播。由于人體各種組織、器官在密度、厚度等方面的差異，對投照在其上的X射線的吸收量也不同，從而使透過人體的X射線強度分布發(fā)生變化并攜帶人體信息，最終形成X射線信息影像。X射線信息影像不能為人眼識別，需要通過采集、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)將X射線強度分布轉(zhuǎn)換成可見光強度分布，最終形成人眼可見的X 射線圖像。X線放射診斷設備就是用于獲得滿足醫(yī)生診斷要求的特定部位人體X線圖像的設備，主要包括：X 線計算機體層掃描設備(Computed Tomography，CT)、乳腺X 線成像設備、常規(guī)平面X 線成像設備(數(shù)字X 線成像設備(Digital Radiography，DR)、計算機X 線成像設備(Computed Radiography，CR))、數(shù)字減影血管造影設(Digital Subtraction Angiography，DSA)等。這類設備的核心真空電子器件主要是用于產(chǎn)生X射線的X射線管。
X射線管是一個高度真空的二極電子管，由陰極、陽極和封裝陰、陽極的管殼組成。當給陰極燈絲加熱時，燈絲會逸出自由電子。此時，若在X射線管兩端加高壓(陽極為正，陰極為負)，則陰極燈絲附近的自由電子就會在陰、陽極之間的高壓電場作用下向陽極靶面高速運動并最終撞擊陽極靶面。在與陽極靶面相撞的過程中，這些自由電子將在電場中獲得的巨大動能絕大部分轉(zhuǎn)換成熱能和化學能，另有一小部分(<1%)轉(zhuǎn)換成X線。陽極所能存儲的最大熱量是X射線管的重要性能指標，該指標被定義為X射線管的熱容量(Heat Unit，HU)。X射線管熱容量主要由陽極靶尺寸、組成成分、散熱性能決定，靶面直徑越大，熱容量越大，散熱速度也越快，相應地，X射線管功率也越大。
核心器件的需求量與整機市場需求密切相關(guān)，本文首先分析了目前常用的X線計算機體層掃描設備(CT)和直接數(shù)字X線成像系統(tǒng)(DR)的市場情況。在此基礎(chǔ)上，分別對設備核心真空器件X射線CT球管和DR用X射線管的市場進行了分析。
1.2、X線計算機體層掃描設備(CT)及X射線CT球管市場情況
(1)CT設備市場情況
由于技術(shù)復雜、加工制造工藝要求高等原因，目前只有少數(shù)廠家才有生產(chǎn)和制造CT整機的能力。2010年，全球醫(yī)學影像設備市場額約207億美元，復合年增長率為4.2%，其中CT約占19.5%。從設備生產(chǎn)廠商的市場占有率看，GE、飛利浦(Philips)、西門子(Siemens)、東芝(Toshiba)的產(chǎn)品占據(jù)了90%以上的市場份額。
根據(jù)北京華通人商用信息有限公司(ACMR)的研究，2011年我國影像設備市場規(guī)模接近300億元，增長率在20%左右，其中CT 占24%。截至2011年底，我國CT裝機量達12000臺。隨著我國政府近幾年陸續(xù)投入大量資金用于推進醫(yī)療改革(在2009年至2011年的三年間新增投入8500億元)，未來幾年，國內(nèi)新增及設備更新對CT的年需求量將保持在2000臺左右。面對國內(nèi)龐大的CT整機市場和國內(nèi)CT市場長期被國外企業(yè)壟斷的局面，國內(nèi)企業(yè)加大研發(fā)力度，已生產(chǎn)出16排和64排螺旋CT，然而這些產(chǎn)品僅能在中低端市場占有一定份額，并且生產(chǎn)這些CT整機所需的關(guān)鍵核心器件(CT球管、探測器、滑環(huán)、高壓發(fā)生器等)全部依賴進口。
(2)X射線CT球管市場情況
X射線CT球管是CT設備的關(guān)鍵核心器件，也是高值易損部件，通常在使用一定時間后會出現(xiàn)放電打火等故障，必須進行更換。CT 球管屬于高功率、大熱容量、旋轉(zhuǎn)陽極X射線管。單、雙排螺旋CT用的CT球管熱容量通常在～3.5M HU，64排螺旋CT用的CT球管熱容量在7～8M HU。除熱容量外，球管功率還與陽極轉(zhuǎn)速有關(guān)，陽極轉(zhuǎn)速越高，球管功率越大。CT球管的陽極轉(zhuǎn)速在4000～12000r/min，因此對軸承有極高要求。相對于固定陽極、低熱容量X射線管的生產(chǎn)，CT球管的生產(chǎn)具有工藝復雜，技術(shù)難度高等特點。截至目前，我國CT球管的獲取完全依賴進口，CT球管市場長期被國外壟斷。世界主要的CT球管生產(chǎn)廠商有：GE、西門子、飛利浦、當立(Dunlee，飛利浦的全資子公司，為全球CT/X光機用戶提供最全面的替換球管產(chǎn)品線)、東芝、瓦里安(Varian)。通常，CT球管的使用壽命為一年，對病人量較少的醫(yī)院，CT球管的使用壽命有所延長。本文以1.5年作為CT球管的平均更換周期，以2011年我國CT裝機量12000臺計算，當年我國各大醫(yī)院更換所需的CT球管約為8000支。再加上國內(nèi)每年新裝2000臺設備所需的CT球管，當年CT球管的需求量約為10000支。隨著近幾年國家對醫(yī)療投入的增加，我國CT機的保有量持續(xù)增長，CT球管的年需求量已達10000支以上。
目前，國內(nèi)熱容量在2～3M HU 的CT球管每支售價為人民幣20～30萬元，而熱容量為7M HU的CT球管每支售價可達人民幣160萬元�？梢怨烙�，我國每年用于購買CT球管的開支在人民幣30億元以上。CT球管的高昂價格，既增加了國內(nèi)CT設備整機廠家的生產(chǎn)成本，也增加了醫(yī)院的CT維護成本，最終導致患者診斷費用的增加。
1.3、直接數(shù)字X線成像系統(tǒng)(DR)及DR用X射線管市場情況
(1)DR設備市場情況
直接數(shù)字化X 線成像系統(tǒng)(Digital Radiography，DR)是通過平板薄膜晶體管(TFT)或電荷耦合裝置(CCD)及X線吸收器(閃爍體材料)將X線轉(zhuǎn)化為模擬視頻信號，再經(jīng)過采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)后獲得數(shù)字圖像的裝置。其主要構(gòu)成部件包括：X射線管組件、束光器、高壓發(fā)生器、探測器、圖像采集工作站及圖像后處理工作站[5]。據(jù)中國醫(yī)學裝備協(xié)會統(tǒng)計，2007～2011年，我國DR系統(tǒng)年銷售量由720臺增加到3294臺，年均復合增長率達42.8%。DR設備的市場銷售額則由2006年的11.51億元增加到2011年的29.23億元，年均復合增長率為19.6%。
2012年我國DR市場銷售量3795臺，銷售額近30億元，其中GE(15%)、飛利浦(14%)、西門子(20%)、銳柯(>10%)占了約60%的市場份額。國內(nèi)DR的生產(chǎn)廠家主要有：華潤萬東、東軟、藍韻醫(yī)療等，其中華潤萬東的國內(nèi)市場份額達到8%。
我國縣級及縣級以下醫(yī)院數(shù)量龐大，而這部分醫(yī)院的DR裝機量仍處于較低水平。近幾年國家劃撥巨資建設基層醫(yī)療衛(wèi)生服務體系，DR作為常用的放射影像學檢查手段，其在基層醫(yī)療市場上將出現(xiàn)爆發(fā)性增長。預計到2015年，我國DR市場年銷量將達到5770臺以上。近年來，我國DR的市場保有量持續(xù)增加，同時有一些設備更新和淘汰，2011年我國DR 保有量為8968臺，預計2015年，我國DR設備保有量將達到27918臺(數(shù)據(jù)來源于中國醫(yī)學裝備協(xié)會)。
(2)DR用X射線管市場情況
X射線管是DR系統(tǒng)的核心部件之一。DR用X射線管具有熱容量高、轉(zhuǎn)速高等特點(最高工作電壓>150kV、轉(zhuǎn)速>9700r/min(高速狀態(tài))、熱容量>300kHU)。國內(nèi)X射線管的生產(chǎn)廠家主要有杭州萬東電子有限公司、杭州凱龍醫(yī)療器械有限公司、耐固醫(yī)療設備(北京)有限公司等。這些X射線管生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品主要涉及固定陽極、低速旋轉(zhuǎn)陽極(2800～3000r/min)、低熱容量(<300kHU)、小功率、低性能普通X 射線管產(chǎn)品(行業(yè)內(nèi)屬低端產(chǎn)品)。雖然現(xiàn)在已有企業(yè)研制出了DR用高性能X射線管產(chǎn)品，但在測試過程中發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品在150kV時會出現(xiàn)放電打火，產(chǎn)品性能、質(zhì)量不穩(wěn)定，整機廠家無法采用。
目前，我國DR用X射線管市場基本被國外產(chǎn)品壟斷。國外DR用X射線管的生產(chǎn)廠家主要有：東芝、GE、西門子、瓦里安、IAE。GE生產(chǎn)的DR用X射線管僅供自己的DR設備使用，同時GE每年還會向東芝訂購一定數(shù)量的DR用X射線管。東芝、西門子生產(chǎn)的DR用X射線管為全球銷售。西門子X射線管的質(zhì)量一直備受認可，但因高售價使其在與東芝的競爭中處于劣勢，國內(nèi)DR生產(chǎn)廠家使用的X射線管絕大部分為東芝生產(chǎn)。
從某大型外資醫(yī)療集團X光產(chǎn)品部負責人處了解到，DR用X射線管的更換周期通常為3年;未來幾年，國內(nèi)DR的年銷售量將穩(wěn)定在5000～6000臺/年(與中國醫(yī)學裝備協(xié)會發(fā)布數(shù)據(jù)吻合)。由此，可以估算出2015年國內(nèi)DR用X射線管的需求情況：新裝機需求5000～6000支，更換需求約9000支，合計需求14000～15000支。對于DR用X射線管，東芝公司給予國內(nèi)DR整機廠家批量采購的報價為2～3.5萬元/支(型號不同，價格不同)，以2.8萬元/支均價估算，國內(nèi)企業(yè)每年進口DR用X射線管的開支為3.9～4.2億元。
2、放射治療設備核心真空電子器件市場分析
2.1、概述
放射治療指利用放射線，如X射線、γ射線，治療腫瘤疾病的臨床方法，是目前治療惡性腫瘤的重要手段之一。醫(yī)用直線加速器是上世紀70年代以來國際上最常用的放射治療設備，此類設備利用微波電場對電子進行加速，可以產(chǎn)生高能X射線和/或電子束，廣泛應用于各類腫瘤的遠距離外照射放射治療。
醫(yī)用直線加速器系統(tǒng)主要由加速管、微波功率源、微波傳輸系統(tǒng)、電子槍、束流系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、恒溫水冷卻系統(tǒng)、電源及控制系統(tǒng)、照射頭、治療床等組成。加速器中產(chǎn)生射線的幾個高頻高壓真空部件包括：
(1)微波源：產(chǎn)生大功率微波，是電子加速的策動源。中低能醫(yī)用電子直線加速器使用高功率磁控管作為微波功率源;高能醫(yī)用電子直線加速器使用速調(diào)管作為功率源。
(2)電子槍：發(fā)射電子，供加速管對電子進行加速，是數(shù)字化控制加速器的關(guān)鍵部件。
(3)加速管：用于對由電子槍發(fā)出的電子，在微波振蕩控制下進行加速增能以達到所需的電子能量。
本文對醫(yī)用直線加速器用高功率磁控管的市場進行了分析。
2.2、醫(yī)用直線加速器用高功率磁控管市場情況
高功率磁控管是中低能醫(yī)用直線加速器最重要的部件，同時也是醫(yī)用直線加速器最昂貴的耗材。高功率磁控管的市場需求與醫(yī)用直線加速器整機市場需求密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代社會癌癥發(fā)病率的增加，醫(yī)用直線加速器需求量和維修服務需求量(更換磁控管)將持續(xù)增長。
中華醫(yī)學會放射腫瘤學分會《中國大陸地區(qū)第六次放療人員及設備調(diào)查》數(shù)據(jù)顯示：截至2011年8月31日，我國有1162個放療中心，加速器保有量為1900臺左右，并且以每年18.7%的復合增長率平緩增長。根據(jù)美國醫(yī)療衛(wèi)生工業(yè)制造商協(xié)會(HIMA)和世界衛(wèi)生組織(WHO)提出的要求，全球每百萬人口平均應擁有醫(yī)用加速器2～3臺[8]。歐美等發(fā)達國家每百萬人擁有直線加速器已達到5～8臺，而我國目前每百萬人擁有直線加速器約1臺。為達到WHO的基本要求，預計到2020年我國需配置6000臺以上直線加速器用于惡性腫瘤放療。按瓦里安公司預測，中國未來需配置9000臺電子直線加速器方可滿足惡性腫瘤患者的治療需求。
近年來，我國醫(yī)用直線加速器研制產(chǎn)業(yè)得到了長足發(fā)展，國內(nèi)醫(yī)用直線加速器生產(chǎn)企業(yè)已達10多家。然而，醫(yī)用直線加速器的核心器件磁控管一直依賴進口。事實上，不論是國內(nèi)企業(yè)還是國際知名企業(yè)(如醫(yī)科達、瓦里安)，醫(yī)用直線加速器所需的高功率磁控管幾乎都從英國E2V 公司購買。E2V 公司獨家把持著全球S波段加速器用2.6MW、5.5MW 磁控管市場。以醫(yī)科達公司為例，該公司每年2.6MW 磁控管需求量約1000支，5.5MW 磁控管的需求量約700支，這兩種磁控管全部從E2V 采購。其中，型號MG5193的2.6MW 高功率磁控管價格約25萬元/支;型號MG5028的5.5MW 高功率磁控管價格為50～60萬/支。僅高功率磁控管一項，醫(yī)科達公司每年的采購支出達6～6.7億元。面對巨大的市場需求和國外企業(yè)的壟斷，國內(nèi)真空電子器件領(lǐng)軍企業(yè)以“研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的醫(yī)用直線加速器核心真空電子器件，實現(xiàn)與國際產(chǎn)品的無縫替代”為目標，積極開展了醫(yī)用直線加速器核心真空電子器件的研制。目前，這些產(chǎn)品的研制還處于起步段，產(chǎn)品一致性難以保證，距離形成產(chǎn)業(yè)和市場規(guī)模還有很長的路要走。
3、我國真空電子行業(yè)在醫(yī)療器械領(lǐng)域面臨的機遇
醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)是關(guān)系到人類生命健康的朝陽產(chǎn)業(yè)，近十余年來一直保持較高的增長率和利潤率。據(jù)統(tǒng)計，全球醫(yī)療器械市場銷售額從2001年1870億美元增長到2009年的3553億美元，復合增長率達8.35%(數(shù)據(jù)來源：第二屆中國醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展與投資CEO峰會報告)，醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的毛利率可達37.10%(數(shù)據(jù)來源：東方醫(yī)療器械網(wǎng))。在全球老齡化趨勢加快、亞健康狀態(tài)日益普遍的背景下，醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)將成為經(jīng)濟發(fā)展強有力的新支撐。預計到2015年，全球醫(yī)療器械行業(yè)市場規(guī)模將達4000多億美元(數(shù)據(jù)來源：Kalorama Information《全球醫(yī)療器械市場》報告)。
為促進我國醫(yī)療器械行業(yè)的進一步發(fā)展，國家科技部于2012年初出臺了《醫(yī)療器械科技產(chǎn)業(yè)“十二五”專項規(guī)劃》(以下簡稱“《規(guī)劃》”)，其中，在進口產(chǎn)品占比較高的高端醫(yī)學裝備市場，《規(guī)劃》鼓勵“國產(chǎn)化”，將“著力突破計算機斷層掃描儀(computerized tomography，CT)、磁共振成像儀(MRI)、正電子發(fā)射斷層掃描儀(PET)、PET-CT、醫(yī)用加速器等大型(高端)醫(yī)學裝備整機及核心部件”作為我國“十二五”期間醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點之一。2012年12月29日國務院印發(fā)的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也將“優(yōu)先發(fā)展高性能醫(yī)學影像、放射治療、活體檢驗、體外診斷等醫(yī)學裝備及核心部件的設計和制造能力，促進高分辨率、低劑量、多模態(tài)、數(shù)字化和一體化的醫(yī)學影像裝置的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展”作為生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要任務之一。
健康的市場環(huán)境、強大的市場需求和國家政策的強有力支持為我國真空電子行業(yè)在高端醫(yī)療設備核心真空器件研制領(lǐng)域的發(fā)展提供了機遇。
4、對我國真空電子行業(yè)開展高端醫(yī)療設備核心真空器件研制的建議
目前，我國高端醫(yī)療設備核心真空電子器件面臨的主要問題是嚴重依賴進口，缺乏自主產(chǎn)品。由此導致國內(nèi)醫(yī)療設備整機企業(yè)缺乏市場競爭力、國內(nèi)醫(yī)院設備維護成本居高、患者診斷費用偏高。建議行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)結(jié)合自身技術(shù)特點，借助現(xiàn)有工藝平臺和技術(shù)基礎(chǔ)開展高端醫(yī)療設備核心真空器件研制工作。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、以X 射線CT球管、DR用X射線管、高功率磁控管為代表的高端醫(yī)療設備核心真空電子器件，打造國家高端醫(yī)療設備核心真空電子器件產(chǎn)業(yè)基地。為加快產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品的入市速度，研制企業(yè)應做好合理規(guī)劃，采取有效的技術(shù)路徑，如“先仿制、再創(chuàng)新、最后形成自主知識產(chǎn)權(quán)”的技術(shù)路徑。誠然，國內(nèi)高端醫(yī)療設備核心真空電子器件制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將面臨與國外企業(yè)激烈的市場競爭，最有效的應對辦法就是產(chǎn)品的高性價比和高穩(wěn)定性。因此，還要重視規(guī)范化生產(chǎn)工藝流程和完備化質(zhì)量控制體系的建立。
國內(nèi)真空電子行業(yè)在高端醫(yī)療設備核心真空電子器件研制領(lǐng)域的成功開拓，必將成為我國醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大支撐。
